UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO “Centro de Investigaciones en Energía” Introducción al Aprovechamiento de las Fuentes Renovables de Energía: “Aprovechamiento de la Energía Solar de Alta Temperatura” Alumnos: Juan Carlos Castro Domínguez Javier Alejandro Hernández Magallanes Abraham Zepeda González Responsable: Dr. Roberto Best y Brown Temixco, Mor. 08 · septiembre · 2011 Antecedentes Antecedentes Arquímedes Antecedentes 1880 A. Mouchot Antecedentes En Alemania en 1907 se patentó el primer diseño de un colector de canal parabólico, Dr. Wilhelm Maier y Adolf Remshardt. ¿Qué es una Planta Termosolar? Sistemas de ESTC Canal Parabólico (CCP) CARACTERÍSTICAS: Estos sistemas suelen trabajar a temperaturas de entre (100 y 400)°C. “Alvarado I” (ACCIONA) 50 MW 28000 hogares 236 millones de euros 98000 t de CO2 130 ha 184,320 espejos 76.8 km Concentradores de Fresnel La tecnología Fresnel utiliza reflectores planos, simulando un espejo curvo por variación del ángulo ajustable de cada fila individual de espejos, en relación con el absorbedor. Los reflectores se construyen con espejos de vidrio normales, por lo tanto su materia prima es muy barata. Sistemas de Torre Central (CRS) CARACTERÍSTICAS: Operan a temperaturas de entre (250 y 1000)°C. Los CRS fueron concebidos para la generación de alta potencia. Están constituidos por cientos o miles de espejos con seguimiento en dos ejes (helióstatos) que reflejan la radiación solar sobre una región focal que se sitúa a una altura suficiente para evitar sombreamientos entre helióstatos cercanos. PS10 y PS20 (Abengoa Solar) La PS10 11 MW 624 heliostatos La torre mide 115 m de altura El receptor tiene 4 paneles de (5.5 x 12) m 5500 hogares 6 700 t de CO2 La PS20 20 MW 1 255 heliostatos 165 metros de altura 10 000 hogares 12 000 t de CO2 Discos Parabólicos (Dish-Stirling) Están diseñados con espejos parabólicos y un motor de combustión externa Stirling. El funcionamiento consiste en el calentamiento de un fluido localizado en el receptor hasta una temperatura de aprox. 750 °C. El motor transfiere su energía mecánica a un generador eléctrico que ha sido acoplado al mismo conjunto. Horno Solar Un Horno Solar es un sistema de alta concentración que provee una atmósfera y espacio de trabajo adecuados, en donde la radiación de energía para calentamiento puede ser controlada con precisión y modificada con rapidez. Un Horno solar es básicamente un instrumento de investigación científica. Lo constituyen un sistema óptico compuesto por un helióstato con seguimiento del Sol que refleja la radiación solar a un espejo concentrador. Debido a que la zona focal del espejo concentrador está fija, es sencillo instalar aparatos experimentales o de aplicación. El nivel de potencia del Horno es ajustado usando un atenuador, que trabaja como una persiana veneciana, y está localizado ente el helióstato y el concentrador. Los hornos solares cubren un amplio espectro de aplicaciones, por ejemplo: •Procesamiento y manufactura de materiales avanzados: cerámicas metalizadas para componentes electrónicas, fulerenos y nanotubos. •Determinación de propiedades termofísicas bajo luz solar concentrada, incluyendo expansión térmica, conductividad y difusividad térmicas, calor específico, propiedades mecánicas, y emisividad y emitancia espectral. •Determinación del funcionamiento y los límites de falla de materiales cerámicos y refractarios. •Envejecimiento acelerado de materiales por UV. •Desarrollo de receptores para la tecnología de plantas de generación de potencia termosolar. •Descomposición térmica y termoquímica del agua para la producción de Hidrogeno. •Simulación de efectos térmicos en presencia de flujo radiativo altamente concentrado. •Destrucción de materiales tóxicos: industriales, orgánicos, desechos hospitalarios, etc. Estanques solares. a) Se usan grandes cantidades de agua salada y dulce. b) Comúnmente existe un gradiente de temperatura de 60°C. c) Tienen una eficiencia del 2%. d) Para una producción de 50 MW es necesaria un área de 20 hectáreas. e) Funcionan como almacenes de energía solar. f) Grandes cantidades de agua dulce para mantener una diferencia de concentración salinas. (No es conveniente en zonas desérticas). g) Desalinización del agua. Estanques solares. Conversión de energía térmica oceánica (OTEC). a) Es generada en el mar. Aprovechando el gradiente de temperaturas entre la profundidad y la superficie 20°C. b) Es necesaria una profundidad de 1000 m para alcanzar este gradiente. c) Las eficiencias son muy bajas. d) En 1930 un barco en el Caribe fue pionero en esta área ( se utilizo más energía para bombear el agua que la energía obtenida.) e) Actualmente son producidos 10MW de electricidad , pero con un bombeo de 500m³/s Conversión de energía térmica oceánica (OTEC) Chimeneas solares. a) Las chimeneas solares explotan el aire caliente producido por el efecto invernadero teniendo una eficiencia de 1.3%. b) El aire caliente es conducido (por diferencia de densidades) hacía un área de 32 turbinas , las cuales están sobre la circunferencia del la chimenea. c) El trabajo realizado por las 32 turbinas es conducido a un generador el cual a su vez genera energía eléctrica. d) Actualmente existen plantas de 50MW (España) el cual tiene un diámetro de 240 m de colector efecto invernadero y una torre de 195 m de altura. e) Se piensan crear chimeneas con generación de 100MW usando colectores de 3.6 km de diámetro y 950 m de altura Chimeneas solares. Andasol-1 Planta Potencia (MW) Almacenamiento Hibridación Área de captación (m2) Colector implementado Año de operación Terreno (ha) AndaSol-1 50 Si No 512 120 SKAL-ET 2008 195 Puertollano Planta Potencia (MW) Almacenamiento Hibridación Área de captación (m2) Colector implementado Año de operación Terreno (ha) Puertollano 50 No No 287 760 Eurotrough-150 2009 135 SEGS Planta SEGSI Potencia (MW) 13.8 Almacenamiento Si Hibridación Si Área de captación (m2) 82 969 Colector implementado LS-1 Año de operación 1984 Terreno (ha) - SEGSII 30 No Si 190 338 LS-1 1895 - SEGS-III y IV 30 No Si 203 980 LS-2 1987 - SEGSV 30 No Si 250 560 LS-3 1988 - Planta SEGSVI Potencia (MW) 30 Almacenamiento No Hibridación Si Área de captación (m2) 188 000 Colector implementado LS-3 Año de operación 1988 Terreno (ha) - SEGSVII 30 No Si 194 280 LS-3 1989 - SEGSVIII 80 No Si 464 340 LS-3 1990 - SEGSIX 80 No Si 483 960 LS-3 1991 - Nevada Solar One Planta Potencia (MW) Almacenamiento Hibridación Área de captación (m2) Colector implementado Año de operación Terreno (ha) NSO 64 Si Si 357 200 Solargenix 2007 162 Alvarado-I Planta Alvarado I Potencia (MW) 50 Almacenamiento No Hibridación No 2 Área de captación (m ) 372 240 Colector implementado Año de operación 2009 Terreno (ha) 130 SolNova 1 Planta Potencia (MW) Almacenamiento Hibridación Área de captación (m2) Colector implementado Año de operación Terreno (ha) AndaSol-1 50 Si No 512 120 SKAL-ET 2008 195 PS10 Planta Potencia (MW) Número de helióstatos Altura de la torre (m) Empresa que la opera Año de operación PS10 11 624 114 Abengoa 2007 PS20 Planta Potencia (MW) Número de helióstatos Altura de la torre (m) Empresa que la opera Año de operación PS20 20 1 255 165 Abengoa 2009 Gemasolar Planta Potencia (MW) Número de helióstatos Altura de la torre (m) Empresa que la opera Sistema de almacenamiento Año de operación Gemasolar 20 2 650 140 Gemasolar Si 2010 Aznalcollar TH Planta Potencia (MW) Número de discos Aznalcollar 0.08 8 Manzanares Planta Potencia (MW) Número de turbinas Altura de la torre (m) Gemasolar 0.05 180 Empresa que la opera Schlaich Bergermann und Partners Sistema de almacenamiento Año de operación No 1982 EnviroMission Planta Potencia (MW) Número de turbinas Altura de la torre (m) Empresa que la opera Sistema de almacenamiento Año de operación Gemasolar 200 32 1 000 EnviroMission Si - México en la Actualidad Central de Ciclo Combinado Agua Prieta II, 464.4 MW, Campo Solar de 12 MW Elecnor y Sener, 194 millones de euros, mayo 2013.